3D打印材料性能差异与点阵结构剖析
更新时间: 2025-01-06 17:18:01 查看次数: 174
PLA材料的断裂韧性数值是0.132MPa√m ,在这几种材料里是最高的。跟PA材料(0.0951MPa√m )相比,它高了28.03%;跟GF/PA材料(0.0545MPa√m )比,高了58.71%。通过扫描电子显微镜(SEM)扫描试样的断口,得到微观图。能发现,和PLA材料做出来的试样比,PA材料断口表面有好多孔洞;GF/PA材料断面表面不仅孔洞多,还有大量玻璃纤维小颗粒被PA材料包裹着,这些小颗粒把PA材料内部的微观结构给破坏了,使得试样的断裂性能变差。

DIC方法算出位移场和应变场,再看云图上不同的色带值,能发现随着位移增加,剪切应变值也在增加。从V场的位移云图还能看出,裂纹尖端附近的全场位移分布对称性挺好的。在工程领域,像航空、航天这些地方,结构件因为有不少独特优点,比如芯子结构有很多种样式、比面积大、重量轻、强度高,还能吸收能量,所以用得越来越多。要使用这些结构件,最基础的就是研究它们的力学性能。对于那种芯子按一定规律排列组成的点阵结构,它的压缩力学性能一直是大家重点研究的内容之一。虽说点阵结构在受到不均匀的载荷时,不能很好地发挥承载能力,但它有吸能、减震这些优点,所以在航空航天领域还是用得很广泛。正因如此,很有必要研究点阵结构的压缩性能。在这一章节,通过做实验和用有限元仿真这两种办法,来研究点阵结构试样的压缩力学性能。先是用有限元仿真分析点阵结构,模拟它在准静态压缩时的过程,看看它的压缩性能到底怎么样。接着做准静态压缩实验,用DIC方法监测点阵结构在压缩载荷下的变形情况,算出它的位移场和应变场,在实验中观察点阵结构加载时的情况以及是怎么坏掉的,最后把实验结果和有限元仿真结果对比分析,弄清楚点阵结构失效的原因。当点阵结构被压缩时,一开始单胞的边缘会弯曲,产生线弹性变形。当应力达到一定程度,单胞边缘可能因为弹性屈曲、塑性屈服或者脆性断裂,开始塌下去。接着单胞就塌陷了,继续加载的话,应力会保持在一个稳定的值,这个值叫平台应力。等到所有单胞边缘都塌陷并且相互接触了,应力就会随着应变的增加快速上升。到后期,因为单胞都挤在一起,就变成了一个紧实的实体材料。点阵结构都是多孔的,有密度小、刚性好、吸能效果佳等优点。弹性模量、屈服应力、塑性平台应力、塑性平台区应变,这些都是衡量点阵结构力学性能的重要物理量,同时也是划分点阵结构压缩各阶段的关键参数。弹性模量是衡量工程材料抵抗弹性变形能力的重要力学参数。它的数值可以通过材料在线弹性阶段,用应力除以应变得到。点阵结构在压缩的时候,线弹性阶段时间很短,过了屈服点后,应力和应变的关系就不是直线(非线性)了。屈服强度是划分弹性阶段和塑性平台阶段的重要参数。在应力 - 应变曲线上,就是进入塑性平台阶段后,应力刚开始有点下降的那个点,这个时候材料除了有弹性变形,还会出现屈曲、弯曲等塑性变形,它是弹性阶段和塑性平台阶段的分界点。

DIC方法算出位移场和应变场,再看云图上不同的色带值,能发现随着位移增加,剪切应变值也在增加。从V场的位移云图还能看出,裂纹尖端附近的全场位移分布对称性挺好的。在工程领域,像航空、航天这些地方,结构件因为有不少独特优点,比如芯子结构有很多种样式、比面积大、重量轻、强度高,还能吸收能量,所以用得越来越多。要使用这些结构件,最基础的就是研究它们的力学性能。对于那种芯子按一定规律排列组成的点阵结构,它的压缩力学性能一直是大家重点研究的内容之一。虽说点阵结构在受到不均匀的载荷时,不能很好地发挥承载能力,但它有吸能、减震这些优点,所以在航空航天领域还是用得很广泛。正因如此,很有必要研究点阵结构的压缩性能。在这一章节,通过做实验和用有限元仿真这两种办法,来研究点阵结构试样的压缩力学性能。先是用有限元仿真分析点阵结构,模拟它在准静态压缩时的过程,看看它的压缩性能到底怎么样。接着做准静态压缩实验,用DIC方法监测点阵结构在压缩载荷下的变形情况,算出它的位移场和应变场,在实验中观察点阵结构加载时的情况以及是怎么坏掉的,最后把实验结果和有限元仿真结果对比分析,弄清楚点阵结构失效的原因。当点阵结构被压缩时,一开始单胞的边缘会弯曲,产生线弹性变形。当应力达到一定程度,单胞边缘可能因为弹性屈曲、塑性屈服或者脆性断裂,开始塌下去。接着单胞就塌陷了,继续加载的话,应力会保持在一个稳定的值,这个值叫平台应力。等到所有单胞边缘都塌陷并且相互接触了,应力就会随着应变的增加快速上升。到后期,因为单胞都挤在一起,就变成了一个紧实的实体材料。点阵结构都是多孔的,有密度小、刚性好、吸能效果佳等优点。弹性模量、屈服应力、塑性平台应力、塑性平台区应变,这些都是衡量点阵结构力学性能的重要物理量,同时也是划分点阵结构压缩各阶段的关键参数。弹性模量是衡量工程材料抵抗弹性变形能力的重要力学参数。它的数值可以通过材料在线弹性阶段,用应力除以应变得到。点阵结构在压缩的时候,线弹性阶段时间很短,过了屈服点后,应力和应变的关系就不是直线(非线性)了。屈服强度是划分弹性阶段和塑性平台阶段的重要参数。在应力 - 应变曲线上,就是进入塑性平台阶段后,应力刚开始有点下降的那个点,这个时候材料除了有弹性变形,还会出现屈曲、弯曲等塑性变形,它是弹性阶段和塑性平台阶段的分界点。